بررسی اثر زاویه و طول مولد‌های گردابه با ساختار سینوسی بر عملکرد مبدل‌های حرارتی فشرده

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• علی سعداله ¹
• داود براتی ²
• امیرحسین دودانگه ³

¹ دانشکده مهندسی مکانیک. دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران

² کارشناسی ارشد، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، استان تهران، ایران

³ کارشناسی ارشد، دانشکده مکاترونیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، استان البرز، ایران

10.22067/jacsm.2024.81445.1171

چکیده

استفاده روزافزون از مبدل‌های حرارتی فشرده که هم از وزن کمتری برخوردار بوده و هم فضای کوچک‌تری را به نسبت مبدل‌های بزرگ اشغال می‌کنند، سبب این موضوع شده است که مطالعه بر روی این‌گونه مبدل‌ها بیش‌ازپیش نیاز باشد. در این مقاله، هدف بررسی چند مدل پیشنهادی از این نوع مبدل‌ها با حضور مولدهای گردابه در هندسه‌های مختلف، از نظر نرخ انتقال ‌حرارت و افت ‌فشار است. برای دستیابی به این اهداف، مولدهای گردابه با ضابطة موج‌های سینوسی طراحی شده‌اند و تحت چند زاویة حمله و طول‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته‌اند تا تأثیرات این پارامترهای هندسی مختلف بر روی نرخ انتقال‌ حرارت از لوله‌ها و افت ‌فشار در طول مبدل مشخص شود. در مسئله موردنظر، هوای گرم با دمای ثابت 350 کلوین در داخل لوله‌ها و هوای سرد با دمای 300 کلوین در پوستة مبدل‌ حرارتی در جریان هستند. این مسئله در حالت پایا و به‌صورت دوبعدی در جریان آرام سیال (اعداد رینولدز بین 400 تا 1000)، با استفاده از روش المان محدود گسسته‌سازی شده و در نرم‌افزار تجاری انسیس فلوئنت مورد بررسی قرار گرفته است. طبق نتایج بدست آمده، مولدهای گردابه سینوسی در زاویه حمله 20 درجه و طول 6 میلیمتری مناسب-ترین میزان انتقال حرارت و افت ‌فشار را در میان حالات مورد بررسی به خود اختصاص دادند.

کلیدواژه‌ها

• نرخ انتقال‌ حرارت
• مبدل‌های حرارتی فشرده
• مولدهای گردابه سینوسی
• ضریب لاندن

موضوعات

• انتقال حرارت

---

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Angle and Length of Vortex Generators with Sinusoidal Structure on Compact Heat Exchangers Performance

نویسندگان [English]

• Ali Sadollah ¹
• Davood Barati ²
• Amir Hossein Dodangeh ³

¹ Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran

² Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Central Tehran Branch, Tehran, Iran

³ Department of Mechatronics, Islamic Azad University, Karaj Branch, Alborz, Iran

چکیده [English]

The increasing use of compact heat exchangers, which both have less weight and occupy a smaller space than large exchangers, has made the study of such exchangers more necessary. In this article, the aim is to examine several proposed models of this type of converters with the presence of vortex generators in different geometries, in terms of heat transfer rate and pressure drop. To achieve these goals, vortex generators with sine wave regulation have been designed and investigated under several angles of attack and different lengths to determine the effects of these different geometric parameters on the heat transfer rate from the tubes. and determine the pressure drop along the converter. In the given problem, hot air with a constant temperature of 350 K is flowing inside the tubes and cold air with a temperature of 300 K is flowing in the shell of the heat exchanger. This problem has been discretized in a steady state and in a two-dimensional form in a slow fluid flow (Reynolds numbers between 400 and 1000), using the finite element method, and analyzed in the Ansys Fluent commercial software. Finally, sinusoidal vortex generators with an angle of attack of 20 degrees and a length of 6 mm have the most appropriate amount of heat transfer and pressure drop among the studied conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

• Heat transfer rate
• Compact heat exchanger
• Sinusoidal vortex generators
• London goodness factor